CDMA功率控制

CDMA功率控制

冯敏

（山西移动通信有限责任公司晋城分公司）

摘要CDMA移动通信系统具有抗干扰能力强，保密性好，容量大等优点，受到广泛的关注。但CDMA存在传输衰减、多址干扰、远近效应等问题，系统容量受限于用户间的相互干扰，必须进行功率控制。本文首先介绍CDMA的关键技术——功率控制的基本理论。因为功率控制的最根本的目的是增加系统容量，因此接着分析了功率与容量之间的关系。因为信号在无线中传输，因此有必要分析无线信道（特别是快衰落）对功率控制产生的负面影响。最后针对目前的窄带CDMA(IS-95)，分析了反向链路开环+闭环的固定步长功率控制方法和根据业务优先级进行的功率分配算法。

关键字：CDMA；功率控制算法；

Power control in CDMA System

Abstract：Code division multiple access (CDMA) system has a lot of advantage, such as strong anti-jamming, good security and large capacity, so it is widely paid attention. But there are some questions in CDMA, such as transmission fading, multiple access interfere and far and near effect, the capacity of the system is limited by the interfere, so we must carry out power control. Firstly, I introduce the fundamental theory about power control for CDMA system in this paper. Because increasing system capacity is the best essential purpose, the relation of power and system capacity is analyzed. Because signal is transmitted in wireless channel, It is necessarily to analyze the negative affect which is made to power control by wireless channel, especially quick fading. Aiming at the different power control require of narrow band CDMA (IS-95) in the current, the algorithm of reverse link based on open loop and close loop power control by fix step length and the algorithm of power distribution based on service priority are analyzed.

Key words : CDMA；Algorithm of power control

一、引言

自20世纪70年代出现蜂窝网通信以来，世界各地的移动通信行业得到了迅猛的发展，而蜂窝网的技术本身得到的长足的进步。20世纪80年代出现的时分多址数字蜂窝网，以GSM为代表的数字蜂窝网移动通信系统在国内外已获得广泛应用。20世纪90年代又出现码分多址蜂窝移动通信系统，因其通信容量大，质量好，因此引起了人们的广泛关注，二十一世纪也必将是CDMA的世纪。码分多址利用码序列的正交性和准正交性区分不同用户，它是在同频、同时的条件下，各个接收机根据信号码型之间的差异分

离出需要的信号。由于CDMA 系统中同一频率在所有的小区重复使用，CDMA 中的干扰特别严重，若没有先进的功率控制技术，尽可能减小用户的背景干扰，就会产生严重的误码现象。随着用户数的增加，信号的信噪比急剧下降。当低于一定门限时，就可能发生通信中断。因此功率控制是CDMA 中最关键的技术之一。本文就是针对CDMA 中功率控制展开研究。

二、CDMA 系统的干扰

在CDMA 系统中，干扰来自两个方面，一方面是使用同一CDMA 无线频带的移动台和基站造成的干扰，称为自干扰；另一方面是CDMA 相邻频带或模拟系统单元所造成的干扰。其中，工作在同一CDMA 无线频带的单元所造成的干扰影响最大，即CDMA 系统是一个自干扰系统。CDMA 的干扰分两种情况：一是基站在接收某一移动台的信号时，会受到本小区和邻近小区其它移动台所发信号的干扰；二是移动台在接收所属基站发来的信号时，会受到所属基站和邻近基站向其它移动台所发信号的干扰。如图1所示。图(a)是基站对移动台产生的正向多址干扰，图(b)是移动台对基站产生的反向多址干扰。因此可将多址干扰分为前向链路干扰和反向链路干扰。

由于移动通信中移动用户不断地移动，有时靠近基站，有时远离基站。若移动台发射功率固定不变，那么离基站距离近时，过大的功率不仅浪费，而且会造成对其它用户干扰，尤其是对离基站较远的移动台发给基站的信号影响较大。所谓远近效应就是当基站同时收到两个距离不同的移动台发来的信号时，由于两个移动台频率相同，则据基站近的（设为1d ）移动台MS1将对另一移动台MS2（它距基站距离为2d ），12d d 信号产生严重干扰。如图2所示，由于MS1和MS2发射功率相同，而且移动设备相同，同样的

发射机，同样的天线，因此当基站接收远距离MS2时必将受到MS1信号的影响。

图

1

在移动通信网络中，远近效应是普遍存在的，且十分严重，甚至影响网络的容量，故必须进行功率控制。

三、功率控制的原理

CDMA蜂窝系统的远近效应主要发生在反向传输链路上。因为移动台在小区的位置是随机分布的，而且是经常变化的，同一部移动台可能处于小区的边缘，有时靠近基站。若移动台的发射机功率按照最大通信距离设计，则当移动台驶近基站时，必然会有过量而有害的功率辐射。解决这个问题的办法是根据通信距离的不同，实时地调整发射机的所需功率，即功率控制。

1.反向链路功率控制

CDMA系统的通信质量和容量主要取决于收到的干扰的大小。若基站接收到移动台的信号太低，则误码率太大而无法保证质量通信，反之，若基站接收到某一移动台功率太高，虽然保证了该移动台与基站间的质量，却对其它移动台增加了干扰，导致整个系统质量恶化和容量的减小，只要当每个移动台的发射功率控制到基站所需信噪比的最小值时，通信系统的容量才能达到最大值。

上行链路功率控制就是控制各个移动台的发射功率的大小，它可分为开环功率控制和闭环功率控制。上行链路开环功率控制亦称为反向链路开环功率控制，称为反向开环功率控制。其前提条件是假设上行与下行传输损耗相同，移动台接收并测量基站发来的信号强度，并估计下行传输损耗，然后根据这种估计，移动台自行调整其发射功率，即接收信号增强，就降低其发射功率；接收信号减弱，就增加其发射功率。开环功率控制的响应约毫秒级，控制动态范围约有几十分贝。开环功率控制的优点是简单易行，不需要在移动台和基站之间交换信息，不仅速度快且节省开销。它对于慢衰落是比较有效的，即对车载移动台快速驶入高大建筑物遮蔽区所引起的衰落，通过开环功率控制可以减小慢衰落影响。但是对于信号因多径效应而引起的瑞利衰落，效果不佳。对于900MHZ的CDMA蜂窝系统，可采用频分双工通信方式，收发频率相差45MHZ，已远远超出信道的相干带宽。因而上行或下行无线链路的多径衰落是彼此独立的，或者说它们是不相干的。不能认为移动台在下行信道上测的衰落特性，就等于上行信道的衰落特性。为了解决这个问题，可采用闭环功率控制方法。闭环功率控制即由基站检测来自移动台的信号强度或信噪比，根据测的结果与预定的标准值相比较，形成功率调整指令，通知移动台调整其发射功率，调整阶距为0.5dB。一